基于PLC数控螺旋锥齿轮研齿加工的自动控制

　　数控螺旋锥齿轮研齿机的研齿动作控制比较复杂，国内生产厂家的研齿机由于采用的是依靠液压系统来完成各种机床夹具的动作，在夹具工作过程中，液压泵一直工作，液压传动系统仍然需溢流阀溢流。这样既消耗功率，又使油温升高，容易产生漏油现象。在机床附近出现大量油污，工人的操作环境恶劣，浪费了大量的液压油。另外，液压油也可能混入研磨剂溶液中，从而导致研磨剂变质，影响加工效果。对于液压装置而言，由于一般的齿轮泵压力也只有2.5MPa，高压泵价格较贵。

　　与液压传动相比，气压传动是一种准绿色的传动技术。因为它所使用的介质是清洁的压缩空气。但气压传动有其自身的弱点，一是系统压力不可能太高(一般P=0.4～0.7 MPa)，因此无法满足输出压力要求较高的应用场合，二是气动装置由于空气的可压缩性，容易产生滞后、冲击现象。

　　采用气液增压传动装置可以兼顾两者的优点，能使夹具产生足够的夹紧力、作用平稳、功耗少而成本低。可编程控制器(PLC)是气液增压传动系统的核心控制部分。目前，国内对该系统的控制多采用传统PLC(简称硬PLC)及单片机，如三菱FX2N系列的PLC控制、西门子S7-200系列PLC、A四8c51单片机。需要编写复杂的PLC程序，同时气液增压传动控制性能的好坏直接影响齿轮研齿效率的高低。

　　德国西门子公司的S7—300有很强的模拟量处理能力和数字运算能力，用户程序容量达96 kB，具有许多过去大型PLC才有的功能，它的扫描速度为l 000条指令0.3 ms，超过了许多大型PLC。S7—300即使在恶劣的工业环境下仍然可正常工作。

　　目前，国内还没有一家厂家和研究机构开展基于S7-300可编程控制器PLC，实现对数控研齿机研齿加工的自动控制的研究。经计算机检索，国内还没有相关的文献有此方面的论述。

　　根据未来汽车行业对螺旋锥齿轮所提出的要求，中南大学齿轮研究所与某数控装备有限公司共同确立了YK2560型数控螺旋锥齿轮研齿机的研制项目。本人全程参与了YK2560型数控螺旋锥齿轮研齿机的研制项目，是该项目组的成员。该研究在国内是首次研究应用于YK2560数控螺旋锥齿轮研齿机。

　　本研究基于S7—300可编程控制器PLC，结合气液增压传动控制技术，实现对数控研齿机研齿循环的自动控制。达到提高数控研齿机的灵活性，缩短转换时间，优化数控研齿机的加工性能，提高数控研齿机的工作效率和经济效益的目的。

1 采用气液增压夹紧系统实现研齿加工工艺流程原理分析

　　图1所示的研齿循环框图描述了从研齿初始化到研齿加工结束的过程，这是由NC控制。

图1研齿循环框图

　　通过PLC的辅助指令确定NC程序的执行顺序。PLC只是动作的执行者，如果I／O口的状态满足PLC的执行条件，它就会去执行。

　　在研齿循环框图中，其中大轮、小轮夹紧(换向阀2YA断电)，机床防护门闭合(换向阀5YA断电)，研磨喷管臂伸出(换向阀4YA断电)，z轴滑台夹紧(换向阀3YA断电)，喷液停止喷管臂缩回(换向阀4YA得电)，机床防护门打开(换向阀5YA得电)，Z轴滑台放松(换向阀3YA得电)，大轮、小轮放松(换向阀2YA得电)等动作由气液增压传动系统完成。

　　该气液增压夹紧系统图如图2所示。该气液增压传动系统的控制原理是：①大、小轮主轴夹紧齿轮工件夹紧力由弹簧提供。当PLC给出控制信号，二位五通换向阀2YA得电，利用气液增压装置，由液压缸克服弹簧力，从而松开大、小轮主轴，更换齿轮工件；②Z轴滑台夹紧，夹紧力由弹簧提供。当PLC给出控制信号，二位五通换向阀3YA得电，利用气液增压装置，由液压缸克服弹簧力，从而松开z轴滑台；③研磨剂喷管臂的前进，驱动力全部由弹簧提供。当PLC给出控制信号，二位五通换向阀4YA得电，利用气液增压装置，由液压缸克服弹簧力，从而使研磨荆喷管臂后退。④机床防护门的关闭，驱动夹紧力全部由弹簧提供。当PLC给出控制信号，二位五通换向阀5YA得电，，利用气液增压装置，由液压缸克服弹簧力，从而打开机床防护门。虽然最终的动力仍是由液压缸提供，但整个夹具系统都改变为气动系统了。

图2气液增压夹紧传动系统原理图 

　　气动动力源的传动介质是空气，空气由空压机压缩获取、使用过失去动力的空气可以随时排放，不用考虑回收。由于空气的粘性小、因流动阻力造成的损失小，所以便于集中供应和远距离传送动力。气动对环境普遍有很强的适应能力，工作温度范围大，即使是潮湿或者有灰尘的环境的污染。